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        <title>生成器类型 - The Rust Rand Book</title>
        
        


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        <meta name="description" content="Extended documentation for Rust&#x27;s Rand lib">
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        <!-- Highlight.js Stylesheets -->
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        <!-- Provide site root to javascript -->
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        </script>

        <!-- Work around some values being stored in localStorage wrapped in quotes -->
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            try {
                var theme = localStorage.getItem('mdbook-theme');
                var sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar');

                if (theme.startsWith('"') && theme.endsWith('"')) {
                    localStorage.setItem('mdbook-theme', theme.slice(1, theme.length - 1));
                }

                if (sidebar.startsWith('"') && sidebar.endsWith('"')) {
                    localStorage.setItem('mdbook-sidebar', sidebar.slice(1, sidebar.length - 1));
                }
            } catch (e) { }
        </script>

        <!-- Set the theme before any content is loaded, prevents flash -->
        <script type="text/javascript">
            var theme;
            try { theme = localStorage.getItem('mdbook-theme'); } catch(e) { }
            if (theme === null || theme === undefined) { theme = default_theme; }
            var html = document.querySelector('html');
            html.classList.remove('no-js')
            html.classList.remove('light')
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            html.classList.add('js');
        </script>

        <!-- Hide / unhide sidebar before it is displayed -->
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            var html = document.querySelector('html');
            var sidebar = 'hidden';
            if (document.body.clientWidth >= 1080) {
                try { sidebar = localStorage.getItem('mdbook-sidebar'); } catch(e) { }
                sidebar = sidebar || 'visible';
            }
            html.classList.remove('sidebar-visible');
            html.classList.add("sidebar-" + sidebar);
        </script>

        <nav id="sidebar" class="sidebar" aria-label="Table of contents">
            <div class="sidebar-scrollbox">
                <ol class="chapter"><li class="chapter-item expanded affix "><a href="intro.html">介绍</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="guide-start.html"><strong aria-hidden="true">1.</strong> 入门指南</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="crates.html"><strong aria-hidden="true">2.</strong> crate 和特性</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="crates-rand.html"><strong aria-hidden="true">2.1.</strong> 随机加密(co)</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="crates-gen.html"><strong aria-hidden="true">2.2.</strong> 随机信号生成器</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="guide.html"><strong aria-hidden="true">3.</strong> 指南</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="guide-data.html"><strong aria-hidden="true">3.1.</strong> 随机数据</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="guide-gen.html" class="active"><strong aria-hidden="true">3.2.</strong> 生成器类型</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="guide-rngs.html"><strong aria-hidden="true">3.3.</strong> 随机数生成器(RNGs)</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="guide-seeding.html"><strong aria-hidden="true">3.4.</strong> 为随机数生成器置种</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="guide-values.html"><strong aria-hidden="true">3.5.</strong> 随机值</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="guide-dist.html"><strong aria-hidden="true">3.6.</strong> 各种分布方式</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="guide-seq.html"><strong aria-hidden="true">3.7.</strong> 序列</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="guide-err.html"><strong aria-hidden="true">3.8.</strong> 错误处理</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="portability.html"><strong aria-hidden="true">4.</strong> 可移植性</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="update.html"><strong aria-hidden="true">5.</strong> 更新</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="update-0.5.html"><strong aria-hidden="true">5.1.</strong> 更新到 0.5</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="update-0.6.html"><strong aria-hidden="true">5.2.</strong> 更新到 0.6</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="update-0.7.html"><strong aria-hidden="true">5.3.</strong> 更新到 0.7</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><a href="contributing.html"><strong aria-hidden="true">6.</strong> 贡献</a></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="contrib-doc.html"><strong aria-hidden="true">6.1.</strong> 文档</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="contrib-scope.html"><strong aria-hidden="true">6.2.</strong> Scope</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="contrib-test.html"><strong aria-hidden="true">6.3.</strong> 测试</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="contrib-bench.html"><strong aria-hidden="true">6.4.</strong> 基准</a></li></ol></li></ol>
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        </nav>

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                        <button id="sidebar-toggle" class="icon-button" type="button" title="Toggle Table of Contents" aria-label="Toggle Table of Contents" aria-controls="sidebar">
                            <i class="fa fa-bars"></i>
                        </button>
                        <button id="theme-toggle" class="icon-button" type="button" title="Change theme" aria-label="Change theme" aria-haspopup="true" aria-expanded="false" aria-controls="theme-list">
                            <i class="fa fa-paint-brush"></i>
                        </button>
                        <ul id="theme-list" class="theme-popup" aria-label="Themes" role="menu">
                            <li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="light">Light (default)</button></li>
                            <li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="rust">Rust</button></li>
                            <li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="coal">Coal</button></li>
                            <li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="navy">Navy</button></li>
                            <li role="none"><button role="menuitem" class="theme" id="ayu">Ayu</button></li>
                        </ul>
                        
                        <button id="search-toggle" class="icon-button" type="button" title="Search. (Shortkey: s)" aria-label="Toggle Searchbar" aria-expanded="false" aria-keyshortcuts="S" aria-controls="searchbar">
                            <i class="fa fa-search"></i>
                        </button>
                        
                    </div>

                    <h1 class="menu-title">The Rust Rand Book</h1>

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                        <a href="print.html" title="Print this book" aria-label="Print this book">
                            <i id="print-button" class="fa fa-print"></i>
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                <!-- Apply ARIA attributes after the sidebar and the sidebar toggle button are added to the DOM -->
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                    document.getElementById('sidebar-toggle').setAttribute('aria-expanded', sidebar === 'visible');
                    document.getElementById('sidebar').setAttribute('aria-hidden', sidebar !== 'visible');
                    Array.from(document.querySelectorAll('#sidebar a')).forEach(function(link) {
                        link.setAttribute('tabIndex', sidebar === 'visible' ? 0 : -1);
                    });
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                <div id="content" class="content">
                    <main>
                        <h1><a class="header" href="#types-of-generators" id="types-of-generators">Types of generators</a></h1>
<h1><a class="header" href="#生成器类型" id="生成器类型">生成器类型</a></h1>
<blockquote>
<p><a href="https://github.com/rust-random/book/blob/master/src/guide-gen.md">guide-gen.md</a><br />
commit: c5de1dc9ba6f5852023432fea3f988da7bfecefc <br />
本章译文最后维护日期：2020-11-22</p>
</blockquote>
<p>上一节介绍了 <a href="https://rust-random.github.io/rand/rand_core/trait.RngCore.html"><code>RngCore</code></a>，它是所有*随机数据源(random data sources)*必须实现的 trait。但随机数据源到底又是什么？</p>
<p>本节主要涉及理论；要进一步了解这些理论也可参见<a href="guide-rngs.html">随机数生成器(RNGs)</a>这一章。</p>
<pre><pre class="playground"><code class="language-rust">
<span class="boring">#![allow(unused)]
</span><span class="boring">fn main() {
</span><span class="boring">extern crate rand;
</span><span class="boring">extern crate rand_pcg;
</span>// 准备一个非确定性随机数生成器：
let mut rng = rand::thread_rng();

// 准备一个确定性随机数生成器：
use rand::SeedableRng;
let mut rng = rand_pcg::Pcg32::seed_from_u64(123);
<span class="boring">}
</span></code></pre></pre>
<h2><a class="header" href="#true-random-number-generators" id="true-random-number-generators">True random number generators</a></h2>
<h2><a class="header" href="#真随机数生成器" id="真随机数生成器">真随机数生成器</a></h2>
<p><strong>真</strong>随机数生成器（TRNG）是通过观察某些自然过程（如原子衰变或热噪声）而生成随机数的程序装置。（不管这些东西是否<em>真的</em>是随机的，还是事实上是确定性的——例如，如果我们的宇宙本身就是一个模拟——这是不重要的。就我们的目的而言，它们与真正的随机性没有区别就足够了。）</p>
<p>请注意，这些过程通常是有偏的，因此必须使用某种类型的*去偏(debiasing)*方法来生成我们想要的无偏随机数据。</p>
<h2><a class="header" href="#pseudo-random-number-generators" id="pseudo-random-number-generators">Pseudo-random number generators</a></h2>
<h2><a class="header" href="#伪随机数产生器" id="伪随机数产生器">伪随机数产生器</a></h2>
<p>各类CPU当然都应该进行确定性的计算，但事实证明它们在模拟随机过程方面做得也很好。大多数伪随机数生成器都是确定性的，可以仅用以下条件来定义：</p>
<ul>
<li>设定一些初始<em>状态(state)</em></li>
<li>从状态中计算随机值的函数</li>
<li>前进到下一状态的函数</li>
<li>（可选）一个从*种子(seed)<em>或</em>键(key)*派生出初始状态的函数</li>
</ul>
<p>事实上，确定性有时是非常有用的：它允许一个模拟的、随机性的艺术创作或游戏被精确地重复，并产生一个输入种子的函数映射结果。关于这方面的更多信息，请参阅<a href="portability.html">可移植性</a>一章（注意，仅确定性不足以保证再现性）。</p>
<p>各种PRNG的另一大吸引力在于其速度：其中一些算法对每个随机值只需要少量CPU操作，因此可以比大多数TRNG更快地按需生成随机数据。</p>
<p>但是请注意，PRNG有几个限制：</p>
<ul>
<li>它们的（安全性或随机性）并不比它们的种子强：如果种子是已知的或是可猜测的，并且算法是已知的（或可猜测的），那么可能只有有限可能的输出序列。</li>
<li>由于状态的尺寸(size)通常是固定的，所以在重新进入生成器循环迭代之前，只有有限数量的输出值是可能的。</li>
<li>有一些算法在观察一些结果值后很容易预测这些算法的机理，而其他更多算法则不清楚它们将来是否会被“破解”。</li>
</ul>
<h2><a class="header" href="#cryptographically-secure-pseudo-random-number-generator" id="cryptographically-secure-pseudo-random-number-generator">Cryptographically secure pseudo-random number generator</a></h2>
<h2><a class="header" href="#密码学安全伪随机数生成器" id="密码学安全伪随机数生成器">密码学安全伪随机数生成器</a></h2>
<p>密码学安全伪随机数生成器（CSPRNG）是伪随机数生成器的子集，它被认为安全的。即：</p>
<ul>
<li>它们的状态的尺寸足够大，因此简单地尝试所有初始值的暴力方法不是找到用于产生观察到的输出值序列的初始状态的可行方法，</li>
<li>并且没有其他算法比暴力方法更好地来预测下一个输出值。</li>
</ul>
<p>实现安全生成不仅需要安全算法（CSPRNG），还需要安全且足够大的种子值（通常为256位），以及防止侧信道攻击（即防止攻击者读取内部状态）</p>
<p>一些CSPRNG还满足第三条属性：</p>
<ul>
<li>禁止回溯。也就是在攻击者发现了当前算法的内部状态的情况下，他也无法计算PRNG的先前输出值（当然这意味着所有未来输出都不再安全了）。</li>
</ul>
<h2><a class="header" href="#hardware-random-number-generator" id="hardware-random-number-generator">Hardware random number generator</a></h2>
<h2><a class="header" href="#硬件随机数生成器" id="硬件随机数生成器">硬件随机数生成器</a></h2>
<p>一个<strong>硬件</strong>随机数生成器（HRNG）理论上是从TRNG到数字信号的适配器。在实践中，可能还要使用PRNG来为TRNG去偏。即使HRNG是一种潜在的TRNG，但也不能保证它是安全的：TRNG本身可能产生不充分的熵（即太可预测），或者信号放大和去噪过程可能有缺陷。</p>
<p>HRNG可用于为PRNG提供种子，尽管这通常不是获得安全种子的唯一方法（请参阅下一节）。HRNG可能会完全取代PRNG，但由于我们现在拥有非常快速和强大的软件PRNG，并且由于软件实现比硬件实现更容易验证，因此这通常不是首选的解决方案。</p>
<p>由于PRNG需要一个随机的种子值来保证安全，所以可以使用HRNG来提供该种子，甚至可以替代PRNG。然而，由于目标通常是“仅”生成不可预测的随机值，因此也有一些可接受的替代方法来代替<em>真</em>随机数生成器（请参阅下一节）。</p>
<h2><a class="header" href="#entropy" id="entropy">Entropy</a></h2>
<h2><a class="header" href="#熵" id="熵">熵</a></h2>
<p>如上所述，要保证CSPRNG的安全，它的种子值也必须是安全的，因此要关注熵。“熵”这个词有两种用法：</p>
<ul>
<li>作为某种数据中未知信息量的度量</li>
<li>作为一段未知的数据</li>
</ul>
<p>理想情况下，一个随机布尔值或一个硬币掷硬币有1-bit的熵，尽管如果这个值是偏置的，还会有更少的熵。香农熵试图测量这一点。</p>
<p>例如，Unix时间戳（自1970年开始以来的秒数）既包含高精度数据，也包含低精度数据。它通常是一个32-bit的数字，但是<em>熵</em>的大小将取决于假想的攻击者能够准确地猜出这个数字。如果攻击者能猜到最接近的那一分钟，那么这个数字可能是大约6-bit（2^6=64）；如果攻击者能猜到秒，那熵就是0-bit。<a href="https://rust-random.github.io/rand/rand/rngs/jitter/struct.JitterRng.html"><code>JitterRng</code></a> 使用这个概念在没有HRNG参与的情况下清除熵（但是使用纳秒精度的计时器，并且保守地假设在对计时器的质量进行了几次测试之后，每个时间戳只有几个比特的熵可用）。</p>

                    </main>

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                        <!-- Mobile navigation buttons -->
                        
                            <a rel="prev" href="guide-data.html" class="mobile-nav-chapters previous" title="Previous chapter" aria-label="Previous chapter" aria-keyshortcuts="Left">
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